专利名称：用于带电粒子束装置的圆柱腔体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用带电粒子束检查样本设备。特别地，本发明涉及用于带电粒子束装置的微型化腔体。更进一步地，本发明涉及用于带电粒子束装置的偏向器。
背景技术：
带电粒子束装置，尽管只用于例如扫描、传输、微探测设备等一些场合，但是，它在观察、评定、改良大量不同有机、无机物质及其表面时是一种非常有用的器械。在这些器械中，用带电粒子束照射被检查(改良)区域，带电粒子束可以是通过光栅以静态或扫描的方式照射样本表面。根据特定的应用场合，带电粒子束可以不同程度地被聚焦，粒子的动能也可以有相当大的改变。
当带电粒子轰击样本表面时产生的信号类型包括各种不同能量的二次电子、反向散射电子、俄歇电子、特征X射线、光子等。这些信号是从样本中的特殊发射部分获得的，并可用于检测样本的许多特征(例如组份、表面形貌、结晶等)。
最近，人们开始致力于减小带电粒子束装置。几个这样的装置可以组合到一起，同时检测或改良更大的样本区域，或者将它们以很小间隔紧密地安装在生产线中。此外，因为粒子束装置的球面像差和色差与装置的几何尺寸成正比，因此，只要电压保持常量，微型化装置可以获得更高的空间分辨率，并且在给定束斑尺寸的情况下可以获得高的粒子束电流。
通常，目前绝大部分粒子束装置的高度为0.5到1.2m之间，平均直径大约为15到40cm之间。与此不同，开发者正在致力于制造小于10cm、平均直径大约为4cm的粒子束装置。然而，当今的带电粒子束设备是一种包含复杂技术的器械，具有精密的真空系统、对准机构以及电子控制单元，它们的几何尺寸不能被简单地成比例压缩，尽管如此，人们还是在尽可能地减小它们。
为了在粒子束腔体中形成粒子束，要采用电磁透镜和电磁多极。透镜形成沿轴向对称的电磁场，用于聚焦粒子束；电磁多极产生静态偏转场(偏向器)，用于矫正通过电磁透镜的粒子束路径、定位样本表面的粒子束，还产生用于扫描样本表面粒子束的动态偏转场，以及产生四极场(象散校正装置)用于补偿由于透镜沿轴对称的偏离而产生的象差。每个粒子束仪器通常至少包括一个对准用的多极、一个校正像散用的多极、一个移动样本表面粒子束用的多极和一个扫描样本表面粒子束用的多极。每个多极通常包括8个电极或线圈。这样就使得必须给粒子束腔体提供大量，例如30～40的独立电压和电流。
在一个单一标准的商用腔体里，用来操作装置的控制信号的数目并不是一个限制因素。然而在微型腔体或腔体阵列里，需要提供给各个腔体的大量电压和电流信号的数目成为一个主要的限制因素。尤其是，控制腔体阵列中各个腔体的电气连接关系是很复杂的，这样显著地增加了腔体阵列的成本。而且，由于控制和驱动大量的电压和电流信号的电路也是非常复杂的，同样导致腔体阵列的成本大大提高。
发明概述本发明提供了一种改进的用于带电粒子束装置的腔体，特别是用于小型的带电粒子束装置的腔体。而且，本发明提供了一种改进的用于带电粒子束装置的偏转场。根据本发明的第一个方案，提供了如独立权利要求1所述的一种用于带电粒子束装置的腔体。根据本发明的另一个方案，提供了如独立的权利要求17和19所述的一种用于带电粒子束装置的偏向器。本发明的更多的优点、特征、各个方面和细节可以由从必的权利要求、说明书和附图中显而易见。权利要求从各个方面以最不受限制的方式(first non-limiting approach)对发明进行详细说明，以求最通俗易懂。
本发明提供了一种改进的用于带电粒子束装置的腔体。该腔体包括偏转场，其用于在样本表面扫描粒子束、根据物镜调整粒子束以及补偿由物镜所引起的象差。因此，用于偏转场的单独可控的电极组和/或线圈组的总数是8个或更少。与发明者所知道的最好的腔体相比，为了控制粒子束方向所提供给腔体的信号的数目，本发明减少了50％。相应地，提供这些信号给腔体的连线的复杂程度也大大地减少。而且，驱动电路的复杂度也相应地降低了。
根据本发明的另一个方案，提供了一种用于带电粒子束装置的偏转场。该偏转场，根据一个实施例，包含四个电极组，其中每个电极组包括3个单个电极，每个电极呈环形段形状，四个电极组排列成一个环，排列方式为来自一个电极组的每一对电极之间放置着来自另一个电极组中的一个电极。该偏转场，根据另一个实施例，包含四个线圈，其中两个线圈围成第一个环，另两个位于与第一个环同心但是直径稍大的第二个环。放置方式使得从环的中心看，第一个环的每个线圈与第二个环的两个线圈都有交叠。这些改进的偏转场具有的优点就是它们分别提供了具有更高均匀的电偏转场和磁偏转场。
附图简述以上所阐述的一部分内容和本发明的其他更多的细节将在随后的说明中阐述，部分的还将以图示加以说明。附图中
图1示意地说明根据本发明的第一个实施例的圆柱腔体。
图2A，B示意地说明图1所示的实施例中用到的偏向器。
图3A，B示意地说明图1所示的实施例中能用的另一个偏向器。
图4示意地说明根据本发明的另一实施例中用到的偏向器。
图5示意地说明根据本发明的又一个实施例中用到的偏向器。
图6示意地说明根据本发明的另一实施例的圆柱腔体。
图7A-D示意地说明图6所示的实施例中使用的偏向器示意图。
优选实施例说明根据本发明的一个实施例如图1所示。带电粒子束装置1包括一个顶端盖盘2以及附于其上的带电粒子源3。在电子束装置中，诸如钨针枪、六硼化镧枪、场发射枪等电子源可以被使用。然而本发明不仅仅限于电子源，能采用所有的带电粒子源。在图1所示的实施例中，引出栅4A和一个抑制栅4B被置于粒子源3下。在引出栅4A上施加一个加速电压，用以加速从源发射来的带电粒子。与此相反，在放置于引出栅4A和源3中间的抑制栅4B上加一抑制电压，可以限制从源3拉出的粒子数。这样，可以防止粒子束电流过高。
带电粒子束5形成并离开源3以后，且在它轰击样本8之前，用偏向器30和40来控制和修正带电粒子束。这些部件的具体特殊的安置如图2A和2B所示。为了使粒子束5成形更好，可以加一个或更多的聚光透镜(没有画出)。粒子束5然后进入带静电的物镜10，物镜10被用于将粒子束5聚焦到样本8上。在当前实例中，电磁物镜包括10A、10B、10C三个电极，每一个都具有扁平环的形状。
当粒子束10轰击样本8的表面时，他们与样本原子中的电子和原子核进行一系列的复杂反应，该反应会产生许多的二次产物诸如不同能量的电子、X射线、热和光等。许多的二次产物被用于产生样本的图像以及从中提取附加的数据。二次产物中的二次电子对样本检测和图像形成具有重要的作用，二次电子从样本8中以各种不同角度逃逸出来，它的能量较低(3-50电子伏特)。二次电子和反向散射电子到达探测器16后被检测。通过在样本表面扫描电子束，显示/记录探测器16的输出，样本8表面的图像就形成了。
图2A，B示意地说明了图1所示的腔体中用到的偏向器30和40。偏向器30和40是用静电场来影响带电粒子束的静电偏向器。每个偏向器包括4个电极，分别是电极31、33、35、37和电极41、43、45、47。这些电极以带电粒子束为中心排列成一圈。在与带电粒子束垂直的横截面上，所有电极31、33、35、37和41、43、45、47显示如图2A、B所示的环形段形状。为了达到影响带电粒子束的传播，每个电极单独可控，也就是说每个电极电压的选取不依赖于所有其他电极的电压。
为了给选定的电极提供一个规定的电压，每个电极包括接线32、34、36、38和42、44、46、48。这些接线用于给对应的电极提供相应的电压。图1所示的腔体在工作时，偏向器30和40组合工作以便能够扫描样本表面的带电粒子束、根据物镜轴心调整电子束并补偿由物镜所引起的象差。为了补偿由物镜引起的象差(特别是象散)，例如可以在偏向器30的电极31和35上施加一个+V1的电压，而在电极33和37上施加-V1的电压。然而，通常四个电极所产生的场强不足以补偿物镜所引起的像差。因此在偏向器40的电极41和45上施加+V2的电压，而在电极43和47上施加-V2的电压。因为偏向器30和40以彼此为参照物旋转(本例中为45度)，在垂直于所示平面的任一平面象差均可被补偿。通过独立改变V1和V2可以选择任一平面方向。
例如，为了根据物镜调整带电粒子束或根据物镜移动带电粒子束，可以分别在偏向器30的电极35和31上加正电压+Ux和负电压-Ux，并且分别在偏向器40的电极43和45上加一负电压-kxUx以及电极41和47上加一正电压+kxUx。因此，常量kx主要决定于偏向器30和40间的旋转角度以及带电粒子束在x方向的预定路径。采用本装置，带电粒子束被引导通过这两个偏向器，如图1A所示，它对应的是粒子束在最初时是未对准的。显然，与此相似，通过在电极33、37上分别加电压+Uy、-Uy以及在电极41和43上加电压-kyUy、电极45和47上加一电压+kyUy可以对y方向取得相同效果。
为了扫描样本上的带电粒子束，可以采用相同的电压分布方式，差别仅仅在于电压值(例如Vx和Vy)和常量值(例如cx和cy)是不同的。当偏向器工作时，所有的电压(V1，V2，Ux，Uy，Vx和Vy)需同时被加上，所以，一般每个电极上的电压都不同于所有其他电极上的电压。因此，在最终放大之前，控制扫描、定位、象散校正的信号已经被混合，这样控制电路就变得相对简单，仅仅需要在每个电极上加结果电压即可。因此，两个偏向器只需通过8个连接线(32、34、36、38和42、44、46、48)即可得到控制。
为了进一步减小偏向器所需的连接线，偏向器30和40中的电极中均可取出两个电极，例如偏向器30中的35和37、偏向器40中的41和43)保持固定电势(例如地电势)。因此，电极35、37、41和43不需要控制电压信号，相应的电极引线也可以省略。在这类实施例中独立控制的电极数可以被减小到4个。
在图2A和B中所示的偏向器30和40是静电偏向器，它通过静态电场来影响带电粒子束。作为替代方案，也可以采用如图3A和B所示的磁偏向器50、60。磁偏向器50、60各包括4个线圈，即线圈51、53、55、57和61、63、65、67，这些线圈被放置在以带电粒子束为中心的环上，如图3A和B所示，在垂直于带电粒子束的横截面上，所有的线圈(51、53、55、57和61、63、65、67)形成环形段。为了达到影响带电粒子束的传输，每一个线圈均独立控制，也就是说，流进一个线圈的电流独立于流进所有其他线圈的电流。
为了给某一线圈提供预定的电流，每一个线圈均需要两个连接线(52、54、56、58和62、64、66、68)来提供相应的电流。当采用电流代替电压以后，基本上以上对静电场偏向器30和40的分析同样适用于磁偏向器50和60。同样，偏向器50和60也只需8个独立的控制信号即可使带电粒子束扫描样本表面、相对于物镜定位电子束并且补偿由于物镜所产生的象差。
图4为根据本发明的另一个实施例的偏向器。图3A和B中所示的磁偏向器50和60可以实现在带电粒子束周围形成高度均匀的磁场。然而，为了提高磁场的均匀性，提供了如图4所示的磁偏向器70。偏向器70包括4个线圈71、73、75、77。因此，两个线圈71和75被放置在第一个环上，两个线圈73和77被放置在第二个环上，两个环同心，并且第二个环直径较大。四个环的摆放方式如下，即从环中心向外看，第一个环上的线圈71和75均与第二个环上的线圈73和77交叠，线圈71、73、75和77被设计成每个线圈所覆盖的角度大约为120度。磁偏向器70可以实现在带电粒子束周围形成均匀程度非常高的磁场。
图5为根据本发明的又一个实施例的偏向器。图2A和B中所示的磁偏向器30和40可以实现在带电粒子束周围形成高度均匀的静态电场。然而，为了提高静态电场的均匀性，提供了如图5所示的静电偏向器80。偏向器80包括四个电极组81、83、85和87。因此，每个电极组81、83、85和87均包括3个单电极(81a、81b、81c、83a、83b、83c、85a、85b、85c、87a、87b和87c)，每个电极(81a、81b、81c、83a、83b、83c、85a、85b、85c、87a、87b和87c)均为环形段，四个电极组81、83、85和87均在同一个环上，摆放方式如下，即任一电极组中的两个电极之间均放置着另外两个电极组中的相异的一个电极。
每个电极组中的电极，例如，电极组81中的电极81a、81b和81c的电位总是相同。因而同一个电极组的电极(例如81a、81b和81c)只需一个连接线82即可提供相应的电位，由图5可以看出，一个电极组(例如81)所包含的三个电极中有一个(例如81a)的尺寸大小至少为其他两个电极(81b和81c)大小的两倍。静电偏向器80可以实现在带电粒子束周围形成均匀程度非常高的静态电场。
图6为根据本发明的另一个实施例。腔体100与图1中所示的腔体相同，除了下列的说明，即该腔体包含四个沿带电粒子束通道排列的偏向器110、120、130和140，相应的偏向器如图7A到7D所示。
偏向器110、120、130和140是通过静态电场来影响带电粒子束的静电偏向器，每个偏向器仅包括两个有源电极111、115、121、125、131、135、141和145，这些电极被放置在以带电粒子束为中心的圆环上。如图7A到7D所示，在垂直于带电粒子束的横截面上所有有源电极111、115、121、125、131、135、141均为覆盖120度角的环形段。除了有源电极之外，每个偏向器110、120、130和140均包含两个保持固定电位(例如，腔体电位)的无源电极200，为了影响带电粒子束的传输，每个电极都被独立控制，也就是说，每个电极的电位的选取不依赖于所有其他电极的电位。
为了为所选取的电极提供预定的电位，每个电极均包含一个连接线，即112、116、122、126、132、136、142和146。连接线112、116、122、126、132、136、142和146用于为所选电极提供相应的电压，当图6所示的腔体工作时，偏向器110、120、130和140协同工作，以扫描样本表面的带电粒子束、根据物镜定位电子束并且补偿由于物镜所产生的象差。为了补偿由物镜引起的象差(象散)，例如，可以在偏向器110中的电极111和115上加电压+V1，而在偏向器130中的电极131和135上加电压-V1，并且，在偏向器120中的电极121和125上加电压+V2，而在偏向器140中的电极141和145上加电压-V2。由于偏向器110、120、130和140以彼此为参照转动(这个例子里面为45度)，在垂直于图示平面的任一平面上的象差均可得到校正。
例如，为了根据物镜调整带电粒子束或根据物镜移动带电粒子束，可以分别在偏向器110的电极111和115上的电压加负电压-Ux和正电压+Ux，并且在电极121和125上加一负电压-k1xUx以及在偏向器140中的电极141和45上加一正电压+k2xUx。因此，常量k1x、k2x主要取决于偏向器110、120和140间的旋转角度以及带电粒子束在x方向的预定路径。显然，与此相似，通过分别在电极131、135上电压+Uy、-Uy以及在电极121和125上加电压-k1yUy、以及在电极141和145上加一电压+k2yUy可以控制粒子束在y方向的传播。
为了在样本上扫描带电粒子束，并调整束流可以采用相同的电压施加方式，差别仅仅在于电压值(例如Vx和Vy)和常量值(例如c1x和c2x、c1y、c2y)不同。当偏向器工作时，所有的电压(V1，V2，Ux，Uy，Vx和Vy)需同时被施加，所以，一般每一个电极上的电压都不同于所有其他电极上的电压，与前述相同，在最终放大之前控制扫描、定位、象散校正的信号已经被混合，这样控制电路就变得相对简单，仅仅需要在每个电极上加结果电压即可。因此，四个偏向器只需通过8个连接线即可得到控制。
图7A到7D所示的偏向器110、120、130和140是通过采用静态电场来影响带电粒子束的静电偏向器，作为替代的磁场偏向器，每一个偏向器中均可以采用两个独立控制的线圈。
权利要求
1.一种用于带电粒子束装置的腔体，带电粒子束装置用于检测或改性样本，所述腔体包括a)提供带电粒子束的粒子源，b)将射束聚焦到样本上的物镜，以及c)偏向器，其用于在样本表面上扫描射束、相对于物镜调准射束并且补偿由于物镜所造成的象差，其中用于偏向器且可以独立控制的电极配置和/或线圈配置的总数为8或更少。
2.根据权利要求1的腔体，其中腔体包含两个偏向器，每个偏向器均包含四个可以独立控制的电极配置。
3.根据权利要求1的腔体，其中腔体包含两个偏向器，每个偏向器均包含四个可以独立控制的线圈配置。
4.根据权利要求1的腔体，其中腔体包含四个偏向器，每个偏向器均包含两个可以独立控制的电极配置。
5.根据权利要求4的腔体，其中每个电极配置均包含具有环段形状且被一个电极覆盖角度为约120度的单电极。
6.根据权利要求1的腔体，其中腔体包含四个偏向器，每个偏向器均包含两个可以独立控制的线圈配置。
7.根据权利要求2或3的腔体，其中两个偏向器的结构相同并且其中一个偏向器相对于另一个偏向器绕射束轴旋转30度到60度，优选为约45度。
8.根据权利要求4到6中任一个的腔体，其中4个偏向器的结构相同并且其中每个偏向器相对于相邻偏向器绕射束轴旋转30度到60度，优选为约45度。
9.根据权利要求2、4、6、7或8中任一个的腔体，其中每个电极配置均包含一个环形片状的单个电极。
10.根据权利要求2、4、6、7或8中任一个的腔体，其中每个电极配置均包含三个具有环段形状的单个电极。
11.根据权利要求10的腔体，其中四个电极配置排列成环，放置的方式为一个电极配置中的每一对电极之间放置着来自另一个电极配置中的一个电极。
12.根据权利要求11腔体，其中每个电极配置的三个电极中，一个电极的尺寸至少是该电极配置中其他电极的两倍。
13.根据权利要求3、5、7或8中任一个的腔体，其中每个线圈配置包含一个单一的具有环段形状的线圈。
14.根据权利要求13的腔体，其中的两个线圈沿第一个环放置，另两个沿第一个环同心、直径较之稍大的第二个环放置，从环的中心看，位于第一环的每个线圈与位于第二环的两个线圈有重叠。
15.根据权利要求14的腔体，其中被一个线圈覆盖的角度是约120度。
16.根据前面权利要求中的任何一个的腔体，物镜是静电物镜。
17.一种用于带电粒子束装置的偏向器，带电粒子束用于检测或改性样本，所述的偏向器包含四个电极配置，其中每个电极配置包括三个单个的电极，每个电极的形状为环形段，其中四个电极配置沿环形放置，放置的方式为一个电极配置中的每一对电极之间放置来自另一个电极配置中的一个电极。
18.根据权利要求17的偏向器，其中一个电极配置的三个电极中有一个电极的尺寸至少是该电极配置中其他电极的两倍。
19.一种用于带电粒子束装置的偏向器，带电粒子束装置用于检测或改性样本，所述偏向器包括四个线圈，其中两个线圈放置于第一个环上，另两个被放置在与第一个环同心、直径较之稍大的第二个环上，放置的方式为从环的中心看这两个环，位于第一个环上的每个线圈都与第二个环上的两个线圈有重叠。
20.根据权利要求19的偏向器，其中被一个线圈覆盖的角度为约120度。
全文摘要
本发明提供一种改进的用于带电粒子束装置的圆柱腔体。这个腔体包括偏向器，该偏向器用于在样本表面扫描粒子束、相对于物镜调准粒子束、补偿由物镜所引起的像差。因此，用于偏向器并且可独立控制的电极配置和/或线圈配置的数目是8个或更少。
文档编号H01J37/04GK1404618SQ01805431
公开日2003年3月19日 申请日期2001年1月24日 优先权日2000年1月24日
发明者帕维尔·亚达梅克 申请人:Ict半导体集成电路测试有限公司